Генераторы параллельного возбуждения

Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения происходит при соблюдении следующих условий: 1) наличия остаточного магнитного потока полюсов; 2) правильного подключения концов обмотки возбуждения или правильного направления вращения. Кроме того, сопротивление цепи возбуждения R_B при данной скорости вращения п должно быть ниже некоторого критического значения или скорость вращения при данном R_B должна быть выше некоторой критической величины.

Для самовозбуждения достаточно, чтобы остаточный поток сосТав-лял 2—3% от номинального. Остаточный поток такой величины

Рис. 9-11. Сдвиг щеток

с нейтрали при наличии

добавочных полюсов

практически всегда имеется в уже работавшей машине. Вновь изготовленную машину или машину, которая по каким-либо причинам размагнитилась, необходимо намагнитить, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника.

При соблюдении необходимых условий процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Небольшая э. д. с, индуктируемая в якоре остаточным магнитным потоком, вызывает в обмотке возбуждения малый ток i_B. Этот ток вызывает увеличение потока полюсов, а следовательно увеличение э. д. с, которая в свою очередь обусловливает дальнейшее увеличение i_B, и т. д. Такой лавинообразный процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока напряжение генератора не достигнет установившегося значения.

Если подключение концов обмотки возбуждения или направление вращения неправильны, то возникает ток £„ обратного направления, вызывающий ослабление остаточного потока и уменьшение э. д. с, вследствие чего самовозбуждение невозможно. Тогда необходимо переключить концы обмотки возбуждения или изменить направление вращения. В соблюдении этих условий можно убедиться, следя с помощью вольтметра с малым пределом измерения за напряжением якоря прл замыкании и размыкании цепи возбуждения.

Полярность зажимов генератора при самовозбуждении определяется полярностью остаточного потока. Если при заданном направлении вращения полярность генератора необходимо изменить, то следует перемагнитить машину путем подачи тока в обмотку возбуждения от постороннего источника.

Рассмотрим подробнее процесс самовозбуждения при холостом ходе.

На рис. 9-12, а кривая 1 представляет собой х. х. х., а прямая 2 — так называемую характеристику цепи возбуждения или зависимость U_B = RJ_B, где R_B = const — сопротивление цепи возбуждения, включая сопротивление регулировочного реостата.

В процессе самовозбуждения i_B Ф const и напряжение на концах цепи возбуждения

изображается на рис. 9-12, а кривой /. Так как i_B мало, то практически U_a = E_at

Но в генераторе параллельного возбуждения (см. рис. 9-1, б) U<i = U_B. Поэтому разность ординат кривой / и прямой 2 на

Рис. 9-12. Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения при различных сопротивлениях цепи возбуждения (а) и при различных скоростях вращения (б)

Из рассмотрения рис. 9-12, а следует, что нарастание i_B и, следовательно, U_а сначала происходит медленно, затем ускоряется и к концу процесса вновь замедляется. Начавшийся процесс самовозбуждения прекращается или ограничивается в точке а' вследствие криволинейности х. х. х. При отсутствии насыщения И_а теоретически возросло бы до И_а = оо.

Вообще любые процессы самовозбуждения — электрические, и другие, наблюдаемые в различных устройствах, — ограничиваются только нелинейностью характеристик системы.

Если R_B увеличить, то вместо прямой 2 получим прямую 3 (рис. 9-1'2, а). Процесс самовозбуждения при этом замедляется и напряжение машины, определяемое точкой а", будет меньше. При дальнейшем увеличении R_a получим прямую 4, касательную к кривой /. При этом машина будет находиться на грани самовозбуждения: при небольших изменениях п или R_a (например, вследствие нагревания) машина может развивать небольшое напряже-

ние или терять его. Значение R_b, соответствующее прямой 4, называется критическим (R₃._Kp). При R_B, > R_{B Kp} (прямая 5) самовозбуждение невозможно и напряжение м'ашины определяется остаточным потоком.

Из сказанного следует, что генератор параллельного возбуждения может работать только при наличии определенного насыщения магнитной цепи. Посредством изменения R_B можно регулировать U до значения V = £/_мии, соответствующего началу колена кривой х. х. х. В машинах обычного исполнения U_mm= (0,65 -4- 0,75) U_B.

Э. д. с. Е_а г^> п, и для разных значений n₂ > п₂ > п₃ получим х. х. х., изображенные на рис. 9-12, б кривыми /, 2, 3. Из этого рисунка видно, что при некотором значении R_B в случае кривой / имеем устойчивое самовозбуждение, при кривой 2 машина находится на грани самовозбуждения и при кривой 3 самовозбуждение невозможно. Поэтому для каждого данного значения R_B существует такое значение скорости вращения п = п_кр (кривая 2 на рис. 9-12,6), ниже которого самовозбуждение невозможно. Такое значение п = = я_кр называется критической скоростью вращения.

В некоторых случаях требуется, чтобы U генератора параллельного возбуждения можно было регулировать в широких пределах, например t/_H:t/_MHH = 5:1 или даже U:U_mw — 10:1 (возбудители синхронных машин— см. раздел 5 и др.). Тогда кривая х. х. х. должна искривляться уже в своей начальной части. С этой целью в необходимых случаях в магнитной цепи выполняют участки с ослабленным сечением (магнитные мостики насыщения) в виде прорезей в листах сердечников полюсов (рис. 9-13, а), выступов в верхней части этих листов (рис. 9-13, б) и т. п. В таких мостиках происходит концентрация магнитного потока, и их насыщение наступает уже при малых потоках.

Характеристика холостого хода U— f (i_s) при / = 0 и п = const при параллельном возбуждении может быть снята только в одном квадранте (рис. 9-14) путем регулирования i_B с помощью регулировочного реостата в цепи возбуждения (см. рис. 9-1, б). Так как ^ток i_B мал, то U та Е_а, и характер кривой х. х. х. у генератора ^с параллельным возбуждением будет таким же, как и у генератора ^е независимым возбуждением.

Характеристика короткого замыкания / = / (i_B) при U — 0 и ^п - const для генератора параллельного возбуждения может быть снята только при питании обмотки возбуждения от постороннего

Рис. 9-13. Магнитные мостики насыщения в магнитной цепи

источника, как и для генератора независимого возбуждения, так как при самовозбуждении при U = 0 также i_B = 0.

Внешняя характеристика U = f (/) генератора параллельного возбуждения снимается при R_B = const и п = const, т. е. без регулирования в цепи возбуждения, при естественных условиях работы. Вследствие этого к двум причинам падения напряжения, указанным для генератора независимого возбуждения (см. § 9-3), прибавляется третья — уменьшение i_B при уменьшении U. В результате внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (рис. 9-15, кривая)) падает круче, чем у генератора независимого возбуждения

Рис. 9-14. Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения

Рис. 9-15. Внешние характеристики

генераторов параллельного (/) и

независимого (2) возбуждения

(кривая 2). Поэтому номинальное изменение напряжения (см. определение в § 9-3) у генератора параллельного возбуждения больше и составляет А£/_н% = 10 -г- 20%.

Характерной особенностью внешней характеристики генератора параллельного возбуждения является то, что при некотором максимальном значении тока / = /_макс (точка а на рис. 9-15) она делает петлю и приходит в точку б на оси абсцисс, которая соответствует установившемуся току короткого замыкания. Ток /_к._уст относительно мал и определяется остаточным магнитным потоком, так как в данном случае U = 0, и поэтому i_B = 0. Такой ход характеристики объясняется следующим. При увеличении тока / напряжение U падает сначала медленно, а затем быстрее, так как с уменьшением V и г_в падает поток Ф₆, магнитная цепь становится менее насыщенной и малые уменьшения i_B будут вызывать все большие уменьшения Фб и U (см. рис. 9-14). Точка а на рис. 9-15 соответствует переходу кривой х. х. х. с нижней части колена на ее нижний, прямолинейный ненасыщенный, участок. При этом, начиная с точки а (рис. 9-15), дальнейшее уменьшение сопротивления нагрузки R_m., присоединен-

ной к зажимам машины, не только не вызывает увеличения /, а наоборот, происходит уменьшение /, так как U падает быстрее R_Hr.

Работа машины на ветви аб характеристики несколько неустойчива и имеется склонность самопроизвольного изменения /. Ток /_к. _уст в некоторых случаях может быть больше /_н.

Построение внешней характеристики генератора параллельного возбуждения с помощью х. х. х. и характеристического треугольника показано на рис. 9-16, где / — кривая х. х. х.; 2 — характеристика цепи возбуждения U_B = RJ_B при заданном R_B = const и 3 — построенная кривая внешней характеристики.

Рис. 9-16. Построение внешней характеристики генератора параллельного возбуждения с помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника

При / = О значение U определяется пересечением кривой / и прямой 2. Для получения значения U при / = /_н разместим характеристический треугольник для номинального тока так, чтобы его вершины а и в расположились на кривой / и прямой 2. Тогда точка в определит искомое значение U, что можно доказать с помощью подобных же рассуждений, как в § 9-3 в случае построения внешней характеристики генератора независимого возбуждения. Для других значений тока между 1 и 2 можно провести наклонные отрезки прямых, параллельные ав, которые представляют собой гипотенузы новых характеристических треугольников. Нижние точки этих отрезков в', в" и т. д. определяют 11 при токах

Перенеся все эти точки в левый квадрант диаграммы рис. 9-16 и

соединив их плавной кривой, получим искомую характеристику 3.

учетом нелинейной зависимости катета аб треугольника от /

опытная зависимость U = / (Q имеет характер, показанный на рис. 9-16 слева штриховой линией.

Хотя установившийся ток короткого замыкания генератора параллельного возбуждения невелик, внезапное короткое замыкание на зажимах этого генератора практически столь же опасно, как и у генератора независимого возбуждения. Объясняется это тем, что вследствие большой индуктивности обмотки возбуждения и индуктирования вихревых токов в массивных частях магнитной цепи уменьшение магнитного потока полюсов происходит медленно. Поэтому быстро нарастающий ток якоря достигает значений /_к = = (5 -*- 15)/_н.

Регулировочная характеристика i_B — f (I) при U = const и n — const и нагрузочная характеристика U = f(i_B) при / = const и п = const снимаются так же, как и у генератора независимого возбуждения. Так как i_B и R_ai_B малы, то падение напряжения от i_B в цепи якоря практически не оказывает влияния на напряжение на зажимах генератора. Поэтому указанные характеристики получаются практически такими же, как и у генератора независимого возбуждения. Построение этих характеристик с помощью х. х. х. и характеристического треугольника также производится аналогичным образом.

В заключение можно отметить, что характеристики и свойства генераторов независимого и параллельного возбуждения мало отличаются друг от друга. Единственное заметное отличие заключается в некотором расхождении внешних характеристик в пределах от / = 0 до / = /_н. Более сильное расхождение этих характеристик при / ^> /_и не имеет значения, поскольку в таких режимах машины в условиях эксплуатации не работают.

Дата добавления: 2015-07-18